TGP206隧道地震波預報系統在桃山二號隧道施工中的運用與探討

(山東科技大學 山東 青島 266590)

一、預報數據采集工作

數據的收集工作操作過程包括以下標準:

①激發孔的布置：應選擇所確定隧道構造界面與隧道的夾角中角度較小的一側洞壁，距離掌子面的距離應不小于3m且盡量小于10m的距離，孔的而高度宜為1.5m左右，深度宜為1.5m左右；距離掌子面第一個炮孔以及最后一個炮孔之間，要布置20至24個連續的炮孔，每隔炮孔之間距離應控制在1.5m寬、1.5m深的標準；在最后一個炮孔之后，要設置一個20m至30m的距離，布置在隧道洞壁兩側具有相同里程接收孔，每側布置一個，且孔深一致。接收孔以及激發孔深度要略微增加，深度要求布置為2m左右，且孔要求垂直于孔壁方向，也可以對激發孔進行略向下傾的布置，以方便后續對其進行注水。

②爆破相關的標準：激發震動后爆破產生的同步信號以及所收集的信息，要采取開路觸發的方式，即在炸藥引爆的同時，產生對接收探頭的觸發，從而同步完成儀器對于數據的采集，從而確定了地震波信號具有良好的實時性以及準確性。

③ 接收探頭的布置：需要采用長度大于2m的定向桿件進行探頭的安裝，并在安裝過程中采用黃油直接耦合劑或合適的泥土進行探頭與孔壁的結合，避免因為震動使得孔壁發生形變，將探頭卡主，同時也有利于保證相關干擾信號的影響，提高信噪比。

④ 相關爆破震動參數收集的原則：對于軟巖相關參數的采樣率，應保證為0.1ms檔,同時對于硬巖采樣率應選擇為0.05ms檔，通過選擇采樣點數從而達到對地震波的記錄長度控制在200ms以上。

二、超前預報資料分析

(一)現場原始記錄評估

由地震波三分量原始記錄可見：地震縱波同相軸初至明確，橫波同相軸的幅度和頻率明顯區別于縱波，縱橫波同相軸的速度具有差別分離清晰。認為現場采集的地震波三分量記錄屬于一般記錄，符合數據處理的質量要求。

(二)測量段巖體參數

根據測量段收集數據分析顯示，對于該炮孔布置段，根據地震波三分量原始數據記錄，其參數可以由本軟件計算且可以精確得出對此隧道段巖體參數的記錄。改段相關巖體的各參數分別如下：巖體密度為2.69噸/立方米；縱波速度Vp=5680米/秒；橫波速度Vsh=3150米/秒；泊松比為0.278；動彈性模量Ed=68250Mpa；動剪切模量Gd=26704Mpa。地質勘察報告中該段巖性為三疊系下統溪口組砂巖，巖體的圍巖級別為Ⅳ級，以上參數代表測量段巖體的彈性性質。TGP系統利用對開挖段所暴露出的巖體條件作為預報基礎，進行對待開挖巖體相關的預報。

三、預報結論與建議

(一)各段詳細劃分

通過對TGP隧道地質超前預報所收集數據以及計算出的成果進行系統分析，將所測掌子面前方120米范圍進行詳細劃分，并確定該隧道段3個地質單元圍巖以及相應措施：1.DK327+495.5至DK327+460段，長度35.5米；2.DK327+460至DK327+390段，長度70米；3.DK327+390至DK327+375.5段，長度14.5米。

(二)各地質單元的分析推斷與施工建議如下：

①DK327+495.5至DK327+460段分析建議

圍巖為砂巖，估算巖體速度與測量段(炮孔實測段)巖體速度基本一致，隧道圍巖比較完整，巖體弱風化，巖體裂隙較發育。建議按照Ⅲ級圍巖施工。施工中尤其注意拱頂塌落和滑塌，及時做好支護。

②DK327+460至DK327+390段分析建議

圍巖為砂巖，速度曲線有所下降，估算巖體速度在3900米/秒至5600米/秒,推斷巖體相對DK327+495.5至DK327+460段完整性有所降低，曲線下降幅度不大。建議按Ⅳ級圍巖施工。施工中尤其注意拱頂塌落和滑塌，及時做好支護。

③DK327+390至DK327+375.5段分析建議

圍巖為砂巖，估算巖體速度在1900米/秒至3900米/秒，推斷隧道巖體完整性相對DK327+460至DK327+388段有所降低，考慮到距離宋京三號斷層較近，圍巖存在軟弱破碎面，圍巖較差，節理發育，裂隙水較發育。建議按Ⅴ級圍巖施工。建議進行超前水平鉆孔綜合探知前方圍巖狀況。施工中尤其注意加強支護，防止掉塊或塌方，雨季注意水量變化。

四、結論與探討

(一)結論

通過后續對隧道開挖，從實際出發，對本次TGP206地質預報系統進行了驗證，并取得了較為準確結果，從而得出了相應的結論：

(1)TGP206超前預報系統，可以對前方120m里程范圍內待開挖的隧道進行預報，并經過較為專業的分析以后，可以得到較準確的結果；

(2)TGP206超前預報系統，可以通過多個圖片結果，有著較為詳細的描述，從而可以更為直觀的得到全方位的地質預報效果。

(二)探討

雖然，TGP206可以通過較為專業的操作分析，得出隧道待開挖部分100多公里的預報，但仍有一定的誤差，建議施工技術人員在運用TGP206的基礎上結合以下工具進行更為準確的預報：

(1)借助超前水平鉆探：該方法在較為深層次的開挖隧道過程中，通過利用鉆機進行對巖體的鉆探，結合在開挖過程中實際測得的水文地質情況以及工程地質變化，直接可靠地獲取相關地質情況：包括圍巖等級、所存在的破碎帶位置、性質、規模以及地下水發育情況，可以更加直接有效地預防待開挖部分30m里程的距離；

(2)可以借助地質雷達，運用100MHz天線進行對掌子面實際探測，通過無線電波，運用高頻電磁波理論進行對內部相關介質的探測，從而確定掌子面后面待測巖體分析與預測；

(3)在進行TGP206超前地質預報的過程中，通過控制炮孔的距離、接收孔內耦合程度以及相關干擾聲波等情況，減少無關因素的干擾，將不可控制因素所造成的影響降到最低，從而得到所需數據準確性的最大化。

(三)建議

結合以上情況，幾種方法可以將隧道開挖所需預報結果的精確性實現最大的保證；從而進最大可能減少不可預見風險對施工人員的傷害，減少隧道風險對我國工程建設上人力、物力、財力的損傷，從而可以更好的建設我們的祖國。